JP2014067234A - Rfidタグ及び自動認識システム - Google Patents
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Abstract
【課題】小型でかつ長い通信距離を実現し、耐水性、耐熱性、耐衝撃性を有するため、多様な材質の被着体に埋め込むことが可能なRFIDタグ及びこれを用いた自動認識システムを提供する。
【解決手段】ICチップと、このICチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ICチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、全ての辺の長さが前記ICチップの動作波長に比べて1/50以下である略直方体のRFIDタグパッケージと、このRFIDパッケージの外周に配置され、前記ICチップ及び前記アンテナと接続されていないスプリング状の導体と、前記RFIDタグパッケージと前記スプリング状の導体とを一体成形する樹脂と、を有するRFIDタグ及びこれを用いた自動認識システム。
【選択図】図4
【解決手段】ICチップと、このICチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ICチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、全ての辺の長さが前記ICチップの動作波長に比べて1/50以下である略直方体のRFIDタグパッケージと、このRFIDパッケージの外周に配置され、前記ICチップ及び前記アンテナと接続されていないスプリング状の導体と、前記RFIDタグパッケージと前記スプリング状の導体とを一体成形する樹脂と、を有するRFIDタグ及びこれを用いた自動認識システム。
【選択図】図4
Description
本発明は、汎用のリーダやリーダライタと共に用いて非接触で情報の送受信を行うことができるRFID(Radio Frequency Identification)タグ及びこれを用いた自動認識システムに関する。
製品の情報や識別、管理、偽造防止の目的で、商品、包装、カード、書類等にはICチップを搭載した非接触式RFIDタグ(以下、単に「RFIDタグ」という。)が多数利用されている。ICチップには商品の名称、価格等の情報が書き込まれており、管理、販売、使用する際には、リーダやリーダライタ(以下、リーダとリーダライタを合わせて「リーダ等」ということがある。)によって、これらのICチップの情報を無線で読み取り、利用できる。製造日や製造所、残金等の情報を、後でリーダライタによって書き込むことができるものもある。このようにしてRFIDタグは商品管理の利便性向上や安全性の向上、また人為的ミスをなくす等大きなメリットをもたらしている。
近年、RFIDタグは、ロット番号を刻印・記入して管理したりあるいは管理そのものができていなかったものへの利用が特に着目されている。具体的には、工具、成型品、金型、建材、眼鏡や時計あるいは医療用サンプルや半導体等の管理であり、商品(サンプル)の製造所、作業者、製造日、使用材料、寸法、特性、在庫数管理、入出庫管理等に役立ち、管理作業者の手間を減らしてかつミスを防ぐことができる。これらのような利便性のある管理システム実現のためには、RFIDタグの小型化、耐熱性、耐久性が必要不可欠となる。
比較的小型で耐久性のあるRFIDタグとしては、ICタグを内側に配置し、外部からのストレスを緩和することができる弾性層や大きな比誘電率を持つ構造体などからなるIDタグパッケージが開示されている(特許文献1)。
また、ICチップが搭載された第一のアンテナと、第二のアンテナと、中空部分を有するケースからなるタグが開示されている(特許文献2)。
また、ICチップが搭載された第一のアンテナと、第二のアンテナと、中空部分を有するケースからなるタグが開示されている(特許文献2)。
しかしながら、引用文献1のIDタグパッケージは、2.45GHzの動作周波数で使用する場合には、構造体の厚さを2.5cm以上にする必要があり、また、外部からのストレスからの耐久性を得るためには、さらに厚くする必要がある。したがって、IDタグパッケージの大きさは球状の場合、直径数センチ以上になると考えられる。
引用文献2の無線ICタグは、厚さは数ミリ以下と薄いが、第一のアンテナと第二のアンテナの長さが数センチ程度となっている。
引用文献1及び2に開示されたようなRFIDタグは、通信するための最小構成である『ICチップとICチップが接続されたアンテナ』を保護するためのケースやカバーを備えるようなものであり、そのサイズは数センチより小さくすることはできない。また、異種の素材を組み合わせている上、複雑な構造をしているため、製造コストが高くなると考えられる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型で長い通信距離を実現し、耐水性、耐熱性、耐衝撃性を有するため、多様な材質の被着体に埋め込むことが可能なRFIDタグ及びこれを用いた自動認識システムを提供することを目的とする。
本発明は、以下のものに関する。
1. ICチップと、このICチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ICチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、全ての辺の長さが前記ICチップの動作波長に比べて1/50以下である略直方体のRFIDタグパッケージと、このRFIDタグパッケージの外周に配置され、前記ICチップ及び前記アンテナと接続されていないスプリング状の導体と、前記RFIDタグパッケージと前記スプリング状の導体とを一体化する樹脂と、を有するRFIDタグ。
2. 項1において、アンテナが単層のコイルであるRFIDタグ。
3. 項1又は2において、スプリング状の導体が、金属線又は導電性の糸であるRFIDタグ。
4. 項1から3の何れかにおいて、スプリング状の導体の材質が、銅、アルミニウム、鉄の何れかを主成分とするRFIDタグ。
5. 項1から4の何れかにおいて、スプリング状の導体を延ばして直線状にした場合の長さが、125〜180mm又は140〜170mm又は150〜160mm又は155mmであるRFIDタグ。
6. 項1から5の何れかにおいて、ICチップの動作周波数が、13.56MHz〜2.45GHz又は0.86〜0.96GHzの間であるRFIDタグ。
7. 項1から6の何れかにおいて、スプリング状の導体のスプリングの外径が、RFIDタグパッケージのアンテナの最外径の1倍〜3倍又は1倍〜2倍であるRFIDタグ。
8. 項1から7の何れかにおいて、スプリング状の導体が、隣接している導体同士で接触していないRFIDタグ。
9. 項1から8の何れかにおいて、RFIDタグパッケージのアンテナが形成されている平面が、スプリング状の導体のスプリング1周が含まれる略平面に対して略平行になるように、前記RFIDタグパッケージを配置したRFIDタグ。
10. 項9において、RFIDタグパッケージをスプリング状の導体の内部に配置したRFIDタグ。
11. 項1から10の何れかにおいて、RFIDタグパッケージのサイズが、縦4mm以下×横4mm以下×高さ1.0mm以下、又は縦2.5mm以下×横2.5mm以下×高さ1.0mm以下であるRFIDタグ。
12. 項1から11の何れかのRFIDタグと、リーダまたはリーダライタとを有する自動認識システム。
1. ICチップと、このICチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ICチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、全ての辺の長さが前記ICチップの動作波長に比べて1/50以下である略直方体のRFIDタグパッケージと、このRFIDタグパッケージの外周に配置され、前記ICチップ及び前記アンテナと接続されていないスプリング状の導体と、前記RFIDタグパッケージと前記スプリング状の導体とを一体化する樹脂と、を有するRFIDタグ。
2. 項1において、アンテナが単層のコイルであるRFIDタグ。
3. 項1又は2において、スプリング状の導体が、金属線又は導電性の糸であるRFIDタグ。
4. 項1から3の何れかにおいて、スプリング状の導体の材質が、銅、アルミニウム、鉄の何れかを主成分とするRFIDタグ。
5. 項1から4の何れかにおいて、スプリング状の導体を延ばして直線状にした場合の長さが、125〜180mm又は140〜170mm又は150〜160mm又は155mmであるRFIDタグ。
6. 項1から5の何れかにおいて、ICチップの動作周波数が、13.56MHz〜2.45GHz又は0.86〜0.96GHzの間であるRFIDタグ。
7. 項1から6の何れかにおいて、スプリング状の導体のスプリングの外径が、RFIDタグパッケージのアンテナの最外径の1倍〜3倍又は1倍〜2倍であるRFIDタグ。
8. 項1から7の何れかにおいて、スプリング状の導体が、隣接している導体同士で接触していないRFIDタグ。
9. 項1から8の何れかにおいて、RFIDタグパッケージのアンテナが形成されている平面が、スプリング状の導体のスプリング1周が含まれる略平面に対して略平行になるように、前記RFIDタグパッケージを配置したRFIDタグ。
10. 項9において、RFIDタグパッケージをスプリング状の導体の内部に配置したRFIDタグ。
11. 項1から10の何れかにおいて、RFIDタグパッケージのサイズが、縦4mm以下×横4mm以下×高さ1.0mm以下、又は縦2.5mm以下×横2.5mm以下×高さ1.0mm以下であるRFIDタグ。
12. 項1から11の何れかのRFIDタグと、リーダまたはリーダライタとを有する自動認識システム。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型で長い通信距離を実現し、耐水性、耐熱性、耐衝撃性を有するため、多様な材質の被着体に埋め込むことが可能なRFIDタグ及びこれを用いた自動認識システムを提供することができる。
本発明におけるRFIDタグパッケージとは、基材上に配置したICチップとアンテナをワイヤボンディング等で接続し、それらを封止材で封止したものをいう。以下にRFIDタグパッケージの実施形態の一例を示す。
RFIDタグパッケージにおける基材は、アンテナやICチップを支持するものである。基材としては、樹脂製のものが挙げられる。樹脂製の基材としては、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒される時に必要な、250〜300℃で数秒程度の耐熱性と機械的強度を有し、熱膨張係数が小さい材料が好適であり、このようなものとして、ガラスエポキシ、フェノール、ポリイミド等が利用できる。アンテナを低コストでばらつきなく形成するためには、基材の片面に金属箔が貼り合わされた金属箔付き基材を用いて、エッチングによりアンテナを形成することが効果的である。さらにRFIDタグパッケージの薄型化のためには10〜50μm程度の薄い基材を用いることが有効である。前記条件を満たす基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔が貼り合わされた銅箔付きポリイミド基材(例えば日立化成工業株式会社製 製品名:MCF−5000I、ポリイミド厚み25μm、銅箔厚み18μm)が利用できる。なお、比誘電率は、紙フェノールが4.6〜7.0程度、ガラスエポキシが4.4〜5.2程度、ポリイミドが3.5程度であり、これらの基材は全て利用できるが、比誘電率が高ければ、インダクタンスが増加するため、アンテナを小型化できる。なお、比誘電率は、紙フェノールやガラスエポキシより小さいが、基材が薄く形成可能で、耐熱性があり、物理的強度が強く、アンテナの形成性も良好な点で、銅箔付きポリイミド基材を用いるのが望ましい。
アンテナは、リーダ等と電磁結合して電力を受け取り、ICチップに伝えて、ICチップを動作させるものである。アンテナは単層でよく、多層化する必要がないので、基材の片面に銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材の銅箔を用いて形成すると、低コストでばらつきなく形成することができる点で望ましい。
図1に示すように、樹脂製の基材1上の中央部などにICチップ30を配置し、このICチップ30の外周部の基材1の片面にアンテナ20を配置する。アンテナ20は、基材1の外周部の長さのとれる領域に配置されるので、アンテナ形状の自由度が拡大し、アンテナ20のインダクタンスLとICチップ30の静電容量Cとを含めて形成される電気回路(以下、「LC共振回路」ということがある。)の共振周波数の調整が容易となる。また、アンテナ20は、ICチップ30の外周部に設けられるので、コイルアンテナの場合、コイルの直径が大きくなり、インダクタンスが増加して、通信距離の確保と小型化に有利となる。また、アンテナ20は、ICチップ30と接続されて電気的閉回路を形成し、開放端を有しないようにする。ここで、電気的閉回路を形成し、開放端を形成しないとは、アンテナ20が端部を2箇所有しており、この端部2箇所とICチップ30の2つの電極(図示しない)とがそれぞれ接続されていることを意味する。また、アンテナ20端部とは、アンテナ20の端から1mm以内の領域をいう。ICチップ30と接続されて電気的閉回路を形成し、開放端を有しないアンテナの具体例としては、図1のコイルアンテナが挙げられ、これにより、RFIDタグパッケージのサイズが小型でも、LC回路としてアンテナ20を容易に設計でき、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることができるため、通信距離を確保するのが有利となる。
アンテナ20の形状は、アンテナ20のインダクタンスとICチップ30の静電容量とを含めて形成される電気回路(LC共振回路)の共振周波数が、ICチップ30の動作周波数またはその付近となるように設計する。アンテナ20の形状としては、コイルアンテナなどが利用できる。ICチップ30と接続されて電気的閉回路を形成するコイルアンテナは、電気回路をLC共振回路として容易に設計することができ、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることができるため、小型化することが可能となる点で望ましい。アンテナ20の設計手法については後述する。
また、ICチップ30及びワイヤボンディングしたワイヤ40も図示している。銅箔付きポリイミドの銅箔をエッチングしてアンテナ20を形成するとき、ICチップ30を搭載する部分の銅箔も残しておき、ダイパッド(図示しない。)を形成しておくことで、ICチップ30のワイヤボンディング等の接続の際に剛性を保ち歩留まりが向上する。ICチップ30を搭載する部分の銅箔の上にダイボンドフィルム(図示しない。)を配置し、その上にICチップ30を固定する。ICチップ30は読み取り専用のものでもよいが、情報を書き込めるもののほうが、作業履歴等を随時書き込めるため好適である。その後、ワイヤボンディングによってICチップ30とアンテナ20を直接接続する。図1のコイルアンテナ20では、2箇所のアンテナ端部が、アンテナ20を間に挟んで位置するが、この間に位置するアンテナ20を、ワイヤボンディングのワイヤ40で跨いで、アンテナ端部とICチップ30とを直接接続することによって、ジャンパー線を設けたり、多層化してスルーホールを介して接続する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
図2は、封止材10によって封止された後、ダイシング加工によって、略直方体に形成されたRFIDタグパッケージ80を示す断面図である。基材1上にてダイパッド90上に搭載されたICチップ30、アンテナ20、ワイヤ40を、封止材10を用いて一括して封止することで、それらを保護する。基材1として薄いものを用い、アンテナ20を基材の片面のみに単層で設けているので、封止後の厚みは、例えば0.2〜1.0mm程度にすることができる。封止後、ICチップ30やアンテナ20やワイヤ40等の金属配線部分は全て封入されるため、封止材10の外部からは、まったく触れられない構造となり、環境劣化の観点からも偽造防止の観点からも安全性・信頼性が向上する。
封止材としては、通常半導体で使用されている封止材を使用することができ、比誘電率は2.6〜4.5程度である。RDIDタグパッケージ自体の性能を高めるためには、封止材の比誘電率は低いほうが好ましいが、比誘電率が高ければインダクタンスが増加するためアンテナを小型化することができる。
このようにして作製されたRFIDタグパッケージは、基材が耐熱性180℃以上、封止材が耐熱性150℃以上であり、ワイヤボンディングを使用しているため、従来のPET(ポリエチレンテレフタレート)、等にアンテナを形成しているRFIDタグに比べて耐熱性が高く、高温でも正常に動作する。このため、適用製品が、半導体パッケージ等の電子部品や射出成形品等の場合、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒されるので、250〜300℃で数秒程度の耐熱性を要するが、このような用途にも対応可能である。
以上はRFIDタグパッケージの実施形態の一例であり、ICチップとアンテナは封止材で封止されているので、基材は無くても構わない。
以下、アンテナの設計手法について説明する。
アンテナの設計は、アンテナ線の形状、線の太さ、線の長さ、等によって決まる共振周波数を指標とする。この共振周波数を、使用するICチップの動作周波数に近づけることによって、リーダライタからの電力をアンテナが受け取り、ICチップに伝えて、ICチップが動作する。
アンテナの設計は、アンテナ線の形状、線の太さ、線の長さ、等によって決まる共振周波数を指標とする。この共振周波数を、使用するICチップの動作周波数に近づけることによって、リーダライタからの電力をアンテナが受け取り、ICチップに伝えて、ICチップが動作する。
共振周波数をアンテナの図面から解析的に導出することは一般的に難しい。実際にはアンテナを試作して実験的に測定する方法が採られることが多い。しかし、本発明のRFIDタグは小型なので、アンテナの試作を手作業で正確に行うことは不可能であり、一方でエッチングマスク作製からエッチングまで行ってアンテナを作製するのは時間もコストもかかってしまう。このため、本発明では、電磁界シミュレータ(アンシス・ジャパン株式会社製シミュレータソフト 製品名:HFSS)を用いてアンテナ設計を行なうが、これにより、時間およびコストを削減することができる。電磁界シミュレータに、アンテナの形状、材質、およびICチップの静電容量等を入力することにより、シミュレーション結果から共振周波数を得る。そして、電磁界シミュレータにより求められる、アンテナのインダクタンスLとICチップの静電容量Cとを含めて形成される電気回路の共振周波数f0が、ICチップの動作周波数またはその付近であるように、アンテナを設計する。なお、この場合の共振周波数とは、アンテナの両端にICチップを接続した場合の電気的閉回路のインピーダンスの虚数部がゼロとなる周波数のことである。
設計の原理を理解しやすいのはコイルアンテナの両端にICチップを接続した場合の電気的閉回路を考えることであり、単純なLC共振回路と見立てることができる。図1のコイルアンテナの電気的等価回路を、図3に示す。この場合の共振周波数f0は、コイルアンテナの等価回路であるコイル50のインダクタンスL、ICチップ30の等価回路であるコンデンサ60の静電容量Cを用いて、次式で表される。
RFIDタグパッケージ(ICチップ)の共振周波数(動作周波数)は、電波法上特に商業的に利用価値が高い13.56MHz〜2.45GHzの範囲とすることが好ましい。UHF帯(Ultra High Frequency Band)の動作周波数0.86〜0.96GHz付近のRFIDの場合、電波の波長は30cm程度であるが、一方で、UHF帯用のICチップの大きさは、通常0.6mm角(「角」は、縦と横が同じ寸法であることを示す。以下。同様。)以下であるため、オンチップアンテナ方式では、ICチップが正常に動作するようなアンテナを、ICチップ上に形成することは困難である。また、数mm角程度サイズのRFIDタグにおいても、従来の設計手法を用いたアンテナでは、1mm程度の通信距離しか得られなかった。しかし、上記の電磁界シミュレータを用いた設計手法による本発明のRFIDタグパッケージによれば、従来の数cm角のアンテナを用いずとも、数mm角のアンテナでも、RFIDタグパッケージが動作するための通信距離を大幅に拡大できるという優れた特長がある。具体的には、略直方体に形成されたRFIDタグパッケージであって、全ての辺の長さが、ICチップの動作波長であるUHF帯の波長30cmに対してその1/50以下である縦4mm×横4mm×高さ1.0mm、又は縦2.5mm×横2.5mm×高さ1.0mmの大きさのRFIDタグパッケージにおいて、内部にアンテナが形成されており、通信距離は10mm以上である。
なお、RFIDタグパッケージの全ての辺の長さが、ICチップの動作波長の1/50以下であることにより、電波法上特に商業的に利用価値が高い13.56MHz〜2.45GHzにおける動作波長では、RFIDタグパッケージの全ての辺の長さが、例えば縦4mm以下×横4mm以下×高さ1.0mm以下又は縦2.5mm以下×横2.5mm以下×高さ1.0mm以下のように小型となる。このため、被着体への埋め込みが容易になる。また、特に、UHF帯(動作波長0.86〜0.96GHz)では、動作波長が30cm程度であるため、RFIDタグパッケージの縦と横の長さが5mm以下となり、高さも1.0mm以下にできる。この場合、RFIDタグパッケージに用いるアンテナは、大きさが数mm角で、導線幅/導線間幅が数10μm〜数100μmでよいため、銅箔等の金属層をエッチングすること等により容易に形成できる。さらに、基材の片面に金属層として銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材の銅箔を用いて形成することができる。このため、低コストの汎用の材料を用い、汎用のプロセスで形成することができる。なお、このように、銅箔付き基材等の汎用の材料を用い、エッチング等の汎用のプロセスでアンテナを形成できる点で、RFIDタグパッケージの全ての辺の長さは、1mm以上であることが好ましく、このことを考慮すると、RFIDタグパッケージの全ての辺の長さは、ICチップの動作波長の1/100〜1/50であるのが好ましい。
図4に、本発明のRFIDタグ85を示す。RFIDタグパッケージ80の外周には、RFIDタグパッケージ80とは電気的に接続されていないスプリング状の導体100が配置され、樹脂110により一体化されている。すなわち、RFIDタグパッケージ80をスプリング状の導体100の内部に配置し、樹脂110により一体化している。スプリング状の導体100としては、金属線又は金属を含有する糸(導電性の糸)が良好である。図4ではスプリング状の導体が外部アンテナとなり、リーダ(図示せず)からの信号を効率よくRFIDタグパッケージ80に伝え、結果的に通信距離が向上する。RFIDタグパッケージ80の位置は、スプリング状の導体100の内側であれば良い。RFIDタグ85はRFIDタグパッケージ80が中央部分に、RFIDタグ85は端部付近に配置されている。
ここで、スプリング状の導体の『スプリング状』とは、例えば、金属線または金属を含有する糸(導電性の糸)を棒体に重ならないように巻き付けて得られる形状をいい、断面は円形に限らず、三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含む。また、スプリング状の導体は、その導体の部分同士(隣接している導体同士)が互いに接触しないものとする。
スプリング状の導体として、銅又はアルミニウム又は鉄の何れかを主成分とする金属線は、安価で透磁率が高く良好な外部アンテナとして働くため好適である。また、金属線自身または外部の金属と接触することで外部アンテナとしての性能が減少するため、外部を被覆してある金属線を用いることも有効である。
リーダからの信号を受けることで、スプリング状の導体100には電流が流れる。その電流によってスプリング状の導体周辺には磁束線120が発生する(図5)。発生した磁束線120はRFIDタグパッケージのコイル状アンテナに電流を発生させ、それによりICチップには電圧が印加されて動作する。この原理が活用できるのはRFIDタグパッケージのアンテナがコイル状のためである。
そのため、RFIDタグパッケージのコイル状アンテナが一つの略平面上に形成されており、この平面をスプリング状の導体のスプリング一周が含まれる略平面に対して略平行に配置すると、スプリング状の導体で発生した磁束が多くコイル状アンテナに伝わるため、効率が良く、通信距離が長くなる。
スプリング状の導体の線長、すなわちスプリング状の導体を直線状に伸ばした場合の長さは、ICチップの動作波長の半分程度がもっとも好適である。ICチップの動作周波数をf0(Hz)、光の速度をc(m/秒)とすると、ICチップの動作波長λ(m)は次式で示せる。
スプリング状の導体の直径(外形)は、RFIDタグパッケージのコイル状アンテナの最外径の1倍〜3倍の間が好適であり、1倍〜2倍がより好適である。理由として、導体の長さが同じ場合にスプリングの直径を大きくすると、スプリング内を通過する磁束が減少するためと考えている。金属線は被覆などで電気的に接続されており、スプリング状であっても隣接した金属線同士が電気的に接続されることはない。
本発明における樹脂は、RFIDタグパッケージとスプリング状の導体を一体化できる絶縁性のものであればどのようなものでも良く、本発明のRFIDタグの使用環境に適した樹脂を選択することができる。
本発明における樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの汎用プラスチックがある。また、耐熱性や耐衝撃性に優れた樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアミド(ナイロン)、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチックや、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などもある。
また、耐衝撃性を高めるなど機械的強度を付与するために、樹脂にガラス繊維やフィラー等を添加しても良い。
本発明における樹脂の色は、樹脂本来の色のままでも良いが、着色剤を添加し、様々な色をつけても良い。
本発明における樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの汎用プラスチックがある。また、耐熱性や耐衝撃性に優れた樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアミド(ナイロン)、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチックや、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などもある。
また、耐衝撃性を高めるなど機械的強度を付与するために、樹脂にガラス繊維やフィラー等を添加しても良い。
本発明における樹脂の色は、樹脂本来の色のままでも良いが、着色剤を添加し、様々な色をつけても良い。
RFIDタグパッケージを作製する方法はいくつか提案されている。本発明ではRFIDタグパッケージの作製方法はどのような方法でも構わない。今回はその中の一例を実施した。
樹脂基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材(日立化成工業株式会社製 MCF−5000I、ポリイミド厚み25μm、銅箔厚み18μm)を準備した。この銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図1に示すようなコイルアンテナ20を、2.5mm角の範囲内に、導線幅/導線間幅が0.1mm/0.1mm、巻数4回で形成した。また、同時にICチップ30を搭載するダイパッド(図示しない。)を形成した。
樹脂基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材(日立化成工業株式会社製 MCF−5000I、ポリイミド厚み25μm、銅箔厚み18μm)を準備した。この銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図1に示すようなコイルアンテナ20を、2.5mm角の範囲内に、導線幅/導線間幅が0.1mm/0.1mm、巻数4回で形成した。また、同時にICチップ30を搭載するダイパッド(図示しない。)を形成した。
次に、ICチップとして、大きさが0.5mm×0.5mm×0.1mm程度、静電容量が0.8pF、動作周波数が0.86〜0.96GHz付近のものを用いた。このICチップを、ダイパッド上に、ダイボンディング材を用いて搭載し、ワイヤボンディングにより、アンテナとICチップとを直接接続した。次に、基材の片面上のアンテナとICチップ、ワイヤボンディングのワイヤを含めて、封止材で封止した。最後に、必要なサイズにダイシング加工し、RFIDタグパッケージを作製した。
(実施例1)
スプリング状の導体として、ステンレス製のばねを用いた。線長は155mm、ばねの全長は14mm、ばねの外径は5mmとした。
図6に示すように、直径5mm、高さ14mmの貫通した穴140を開けたSK材(炭素工具鋼材)を用意し、注型用金型130とした。底面の開口部にポリイミドテープを貼り、もう一方の開口部からばねを入れた。そして、市販のエポキシ樹脂(商品名:エポマウント、リファインテック社製)を高さ7mmまで注入した後、室温下で数時間かけて半硬化させた。その半硬化した樹脂の上にRFIDタグパッケージを置き、さらにエポキシ樹脂を高さ14mmの位置まで注入した後、室温下で24時間かけて硬化させ、直径5mm、高さ14mmの円柱状のRFIDタグを作製した。
スプリング状の導体として、ステンレス製のばねを用いた。線長は155mm、ばねの全長は14mm、ばねの外径は5mmとした。
図6に示すように、直径5mm、高さ14mmの貫通した穴140を開けたSK材(炭素工具鋼材)を用意し、注型用金型130とした。底面の開口部にポリイミドテープを貼り、もう一方の開口部からばねを入れた。そして、市販のエポキシ樹脂(商品名:エポマウント、リファインテック社製)を高さ7mmまで注入した後、室温下で数時間かけて半硬化させた。その半硬化した樹脂の上にRFIDタグパッケージを置き、さらにエポキシ樹脂を高さ14mmの位置まで注入した後、室温下で24時間かけて硬化させ、直径5mm、高さ14mmの円柱状のRFIDタグを作製した。
(実施例2)
実施例1と同様に、ばね、金型、エポキシ樹脂を用意し、最初に半硬化させるエポキシ樹脂の高さを2mmとした以外は同様の手順で直径5mm、高さ14mmの円柱状のRFIDタグを作製した。
実施例1と同様に、ばね、金型、エポキシ樹脂を用意し、最初に半硬化させるエポキシ樹脂の高さを2mmとした以外は同様の手順で直径5mm、高さ14mmの円柱状のRFIDタグを作製した。
(実施例3)
実施例1と同様に、ばね、金型、エポキシ樹脂を用意し、底面の開口部に貼ったポリイミドテープの粘着面上に固定した。そしてエポキシ樹脂を高さ14mmの位置まで注入した後、室温下で24時間かけて硬化させ、直径5mm、高さ14mmの円柱状のRFIDタグを作製した。
実施例1と同様に、ばね、金型、エポキシ樹脂を用意し、底面の開口部に貼ったポリイミドテープの粘着面上に固定した。そしてエポキシ樹脂を高さ14mmの位置まで注入した後、室温下で24時間かけて硬化させ、直径5mm、高さ14mmの円柱状のRFIDタグを作製した。
実施例1〜3で作製したRFIDタグを、(1)空気中、(2)砂に埋没、(3)シリコンゴム内部に埋め込んだ場合について、読取評価を行った。
砂へ埋没方法としては、縦、横、高さの寸法が何れも10cmのアクリル樹脂の容器に砂を充填し、表面から5cmの位置にRFIDタグを埋没させた。
シリコンゴムへの埋め込み方法としては、縦、横、高さの寸法が何れも10cmのシリコンゴム中央に、RFIDタグの大きさの空間を掘り込み、その空間にRFIDタグをはめ込んだ。
砂へ埋没方法としては、縦、横、高さの寸法が何れも10cmのアクリル樹脂の容器に砂を充填し、表面から5cmの位置にRFIDタグを埋没させた。
シリコンゴムへの埋め込み方法としては、縦、横、高さの寸法が何れも10cmのシリコンゴム中央に、RFIDタグの大きさの空間を掘り込み、その空間にRFIDタグをはめ込んだ。
以下、読取り評価の方法と実験結果について説明する。
リーダライタはAtid社製 製品名:AT−870−UHFH(出力23.75dBmに設定、約250mWに相当。)を用いた。リーダライタの読取り部を中心として、周囲1m四方に障害物がない状態で、RFIDタグの読取り評価を行った。リーダライタでRFIDタグを読取れる時の、リーダライタ読取り部からRFIDタグ若しくは砂、シリコンゴム表面までの最大距離を測定した。
リーダライタはAtid社製 製品名:AT−870−UHFH(出力23.75dBmに設定、約250mWに相当。)を用いた。リーダライタの読取り部を中心として、周囲1m四方に障害物がない状態で、RFIDタグの読取り評価を行った。リーダライタでRFIDタグを読取れる時の、リーダライタ読取り部からRFIDタグ若しくは砂、シリコンゴム表面までの最大距離を測定した。
実施例1のRFIDタグ、実施例2のRFIDタグ及び実施例3のRFIDタグの読取評価結果を、表1に示す。
砂中及びシリコンゴム中での通信距離は、空気中での通信距離と比較してやや低下するが、良好な通信距離を保っている。
砂中及びシリコンゴム中での通信距離は、空気中での通信距離と比較してやや低下するが、良好な通信距離を保っている。
本発明のRFIDタグは、工具、成型品、金型、建材、眼鏡や時計あるいは医療用サンプルや半導体等の製品の管理、識別、情報提示、情報記録、偽造防止等の目的に使用することができる。
1 基材
10 封止材
20 アンテナ
30 ICチップ
40 ワイヤボンディングのワイヤ
50 コイル(アンテナ)
60 コンデンサ(ICチップ)
70 シミュレーション時に入力するポート
80 RFIDタグパッケージ
85 RFIDタグ
90 ダイパッド
100 金属線(スプリング状の導体)
110 樹脂
120 磁束線
130 注型用金型
140 穴
10 封止材
20 アンテナ
30 ICチップ
40 ワイヤボンディングのワイヤ
50 コイル(アンテナ)
60 コンデンサ(ICチップ)
70 シミュレーション時に入力するポート
80 RFIDタグパッケージ
85 RFIDタグ
90 ダイパッド
100 金属線(スプリング状の導体)
110 樹脂
120 磁束線
130 注型用金型
140 穴
Claims (12)
- ICチップと、このICチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ICチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、全ての辺の長さが前記ICチップの動作波長に比べて1/50以下である略直方体のRFIDタグパッケージと、
このRFIDタグパッケージの外周に配置され、前記ICチップ及び前記アンテナと接続されていないスプリング状の導体と、
前記RFIDタグパッケージと前記スプリング状の導体とを一体化する樹脂と、
を有するRFIDタグ。 - 請求項1において、アンテナが単層のコイルであるRFIDタグ。
- 請求項1又は2において、スプリング状の導体が、金属線又は導電性の糸であるRFIDタグ。
- 請求項1から3の何れかにおいて、スプリング状の導体の材質が、銅、アルミニウム、鉄の何れかを主成分とするRFIDタグ。
- 請求項1から4の何れかにおいて、スプリング状の導体を延ばして直線状にした場合の長さが、125〜180mm又は140〜170mm又は150〜160mm又は155mmであるRFIDタグ。
- 請求項1から5の何れかにおいて、ICチップの動作周波数が、13.56MHz〜2.45GHz又は0.86〜0.96GHzの間であるRFIDタグ。
- 請求項1から6の何れかにおいて、スプリング状の導体のスプリングの外径が、RFIDタグパッケージのアンテナの最外径の1倍〜3倍又は1倍〜2倍であるRFIDタグ。
- 請求項1から7の何れかにおいて、スプリング状の導体が、隣接している導体同士で接触していないRFIDタグ。
- 請求項1から8の何れかにおいて、RFIDタグパッケージのアンテナが形成されている平面が、スプリング状の導体のスプリング1周が含まれる略平面に対して略平行になるように、前記RFIDタグパッケージを配置したRFIDタグ。
- 請求項9において、RFIDタグパッケージをスプリング状の導体の内部に配置したRFIDタグ。
- 請求項1から10の何れかにおいて、RFIDタグパッケージのサイズが、縦4mm以下×横4mm以下×高さ1.0mm以下、又は縦2.5mm以下×横2.5mm以下×高さ1.0mm以下であるRFIDタグ。
- 請求項1から11の何れかのRFIDタグと、リーダまたはリーダライタとを有する自動認識システム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012212329A JP2014067234A (ja) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Rfidタグ及び自動認識システム |
Applications Claiming Priority (1)
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- 2012-09-26 JP JP2012212329A patent/JP2014067234A/ja active Pending
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